任少鐸

[摘? ?要]廣西貴港市2017年中考物理第8題，存在一定的缺陷，值得商榷。通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍和資料，具體分析了題目中的缺陷及其影響，以期能引起命題者的重視，促進(jìn)各地中考命題的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

[關(guān)鍵詞]貴港市;2017年;中考物理;第8題

[中圖分類(lèi)號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）14-0066-01

每年中、高考，都會(huì)有很多令人耳目一新的原創(chuàng)題，這些新題往往結(jié)合科技前沿，聯(lián)系生活經(jīng)驗(yàn)，在考查學(xué)生知識(shí)掌握程度的同時(shí)，又注重對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。但編制試題時(shí)，應(yīng)當(dāng)深入了解科技前沿、深入考證所列舉的物理知識(shí)是否科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，從而避免錯(cuò)誤。下面結(jié)合廣西貴港市2017年中考物理第8題進(jìn)行分析。

一、中考原題再現(xiàn)

下列各項(xiàng)排列中，按照尺度的數(shù)量級(jí)由大到小排列的是（）。

A.銀河系、太陽(yáng)系、地球、生物體、分子、原子核、夸克、電子

B.太陽(yáng)系、銀河系、地球、生物體、原子核、分子、電子、夸克

C.銀河系、太陽(yáng)系、地球、生物體、原子核、分子、夸克、電子

D.太陽(yáng)系、銀河系、地球、生物體、分子、原子核、夸克、電子

根據(jù)題意，按照空間尺寸由大到小排列，應(yīng)該是：銀河系、太陽(yáng)系、地球、生物體、分子、原子核。因此根據(jù)排除法可得答案為A。但是A選項(xiàng)卻認(rèn)為按照空間尺度，夸克比電子大，這一點(diǎn)是沒(méi)有任何理論依據(jù)的。

二、夸克和電子的大小目前仍未確定

1.電子的大小目前仍未確定

從1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子起，人們便一直試圖測(cè)量電子的大小。

1965年，著名物理學(xué)家丁肇中（1976年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）打破權(quán)威，在德國(guó)使用不同的方法測(cè)量電子半徑，證明電子是沒(méi)有體積的，它的半徑小于10-16米。

德國(guó)-美國(guó)物理學(xué)家漢斯·格奧爾格·德默爾特因“開(kāi)發(fā)離子阱技術(shù)”而獲得1989年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他從1956年開(kāi)始研究怎樣建造離子阱，且不斷改善此技術(shù)，并最終取得成果。通過(guò)勢(shì)阱對(duì)電子進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的限制，并不斷減小勢(shì)阱，但是，并沒(méi)有做出小到電子放不進(jìn)去的勢(shì)阱，由此得出電子半徑小于10-22米。

到目前截止，包括丁肇中在內(nèi)的許多科學(xué)家都一直在找電子的半徑，但仍沒(méi)有答案。

2.夸克的大小目前也仍未確定

從1964年蓋爾曼提出夸克理論，到1995年費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)到最后一種夸克頂夸克，目前，實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)觀測(cè)到六味夸克?？淇死碚撜J(rèn)為，夸克都是被囚禁在粒子內(nèi)部的（稱(chēng)為夸克禁閉），不存在單獨(dú)的夸克。迄今為止，人類(lèi)尚未觀測(cè)到“獨(dú)立”的夸克。對(duì)于夸克的大小，目前尚無(wú)結(jié)論，只能給出其半徑上限，小于10 -19米。

目前，夸克半徑究竟多大，仍沒(méi)有答案。

3.半徑概念是宏觀概念，微觀世界里不存在半徑概念

現(xiàn)代物理的基礎(chǔ)理論是量子場(chǎng)論，電子和夸克都是場(chǎng)的激發(fā)態(tài)，場(chǎng)理論的自洽性要求所有基本粒子都是無(wú)測(cè)度的點(diǎn)，也就是說(shuō)基本粒子沒(méi)有大小。

2012年7月，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子（即所謂“上帝粒子”），填補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)模型所缺失的這最后一片拼圖。彼得·希格斯亦因?yàn)閺睦碚撋项A(yù)測(cè)了萬(wàn)物質(zhì)量之源——希格斯玻色子的存在而獲得2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，每一種基本粒子都有不同的質(zhì)量、電荷、自旋、磁矩等特性。標(biāo)準(zhǔn)模型并不是很關(guān)心基本粒子的“大小”，因?yàn)榛玖Ｗ釉谝话愕睦碚撋希?都被直接當(dāng)作“質(zhì)點(diǎn)”，都是無(wú)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零直徑粒子。

量子力學(xué)認(rèn)為，包括夸克，弦在內(nèi)的物質(zhì)單元都是量子，即波粒二象性物質(zhì)形式。粒子性決定了粒子是有半徑的，但量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理不允許我們精確測(cè)量基本粒子的大小;波動(dòng)性決定了粒子不會(huì)有固定占據(jù)多少空間的量（也就是我們所謂的沒(méi)有體積），波有頻率、有波長(zhǎng)、有振幅……但是不會(huì)有體積。

因此，物理學(xué)里通常不會(huì)論及基本粒子的半徑大小，因?yàn)榘霃礁拍钍呛暧^概念，微觀世界里不存在半徑概念。如果硬要說(shuō)粒子大小，亦不是其線度大小，而是其相互作用的尺度大?。ǘ≌刂薪淌谝嗍抢蒙⑸錅y(cè)定電子所占據(jù)的空間的大小）。

三、題目錯(cuò)誤分析及修改建議

目前夸克和電子的大小都未有具體數(shù)據(jù)，僅有半徑上限。因此題中認(rèn)為夸克尺度的數(shù)量級(jí)大于電子尺度的數(shù)量級(jí)顯然是不合理的。

更重要的是，半徑概念是宏觀概念，微觀世界里不存在半徑概念?，F(xiàn)代物理學(xué)中，夸克與電子都屬于基本粒子，具有波粒二象性，題目用宏觀概念去恒量微觀粒子，并不妥當(dāng)。

初中階段，學(xué)生主要掌握物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)即可，不必深究基本粒子與量子力學(xué)。因此，筆者建議，每個(gè)選項(xiàng)里可以把電子或夸克去掉，考查學(xué)生對(duì)物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)是否了解即可。

（責(zé)任編輯 易志毅）